季节性冻土的冻胀融沉影响当地建筑物与构筑物的结构安全，找到地温随时间的变化数据可推算时间域内冻胀融沉对地面建筑的影响规律.以大庆市非饱和冻土为例，基于热传导理论和非饱和土渗流理论，在原位地温监测数据的基础上，建立了冻土的含相变过程的热-流-固（THM）三场耦合数值模型.通过数值模拟结果与实测结果的比较验证了冻土模型的准确性.结果表明：地温随地表温度呈延时周期性变化，在地面以下2.0 m以内，深度每增加0.5 m，温度波峰和波谷日大约推迟30 d；冻结期持续时间影响冻结深度，从而对当地土的周期性冻胀量起决定性影响，冻结期内土的每年最大冻胀位移为30.0 mm左右，冻结期结束后地面高度将快速恢复到冻结期之前的水平，季冻区冻胀融沉敏感性建筑物及构筑物的基础施工时间选择在冻结期结束后2个月至冻结期开始前，可有效减少冻胀融沉危害，大庆及其他类似季节性冻土地区的土壤冻融和冻融过程中的水热迁移研究可作为借鉴.

多年岛状冻土区公路工程的主要问题是由于永冻土的不断退化,导致公路路基产生较大的不均匀变形,从而引发热融沉、路基纵裂及冻胀变形等严重的路基病害,掌握该类路基地温场的活动规律是解决其热稳定性问题的前提条件。因此,本文以实际工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对其工后1 a内的路基地温场进行瞬态模拟分析,并与实测数据进行对比验证,从而提出了高纬度地区多年岛状冻土路基的年周期性的地温变化过程可分为冻结、过渡和融化3个阶段,并根据数值模拟结果,揭示了各阶段路基内地温分布特征、影响因素及变化规律。

高速公路路基幅面宽度的成倍增加,沥青路面的吸热效应更为显著,工程对其下伏多年冻土的热影响更为显著.热棒、热棒保温板复合结构等传统工程措施能否保护宽幅高速公路下冻土稳定是一个亟待回答的问题.根据带相变热传导有限元方法,对共和-玉树高速普通路基、热棒路基和热棒保温板复合结构路基在未来全球变暖情形下的地温场特征进行了数值模拟分析.结果表明:在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的多年冻土地区,普通路基和热棒路基在全球变暖条件下路基下伏冻土都将发生融化,宽幅公路路基将会产生显著融沉变形,不能保证宽幅公路路基20 a使用期内的稳定性.热棒保温板复式结构显示了较好的冷却路基效果,在第20年路基下多年冻土人为上限高于原天然上限,路基下富冰冻土仍处于冻结状态,可以保证宽幅沥青公路在服务期内的热稳定性.

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。

随着我国多年冻土区高速和高等级公路建设的发展,冻土路基稳定性成为工程建设的关键科学问题．应用有限元计算分析发现,沥青路面下路堤底面的年均热流量为砂砾路面下的3倍；高等级公路在路面宽度较普通公路增加1倍的时候,底面年平均热流量增加60%,且增加的热流主要集中在路堤底面的中心部位,并产生“聚热效应”,导致多年冻土的退化进程加快0．6倍；这种关系不会因路堤高度增加而减弱．因此,在多年冻土区修建高等级公路,会带来更为严重的工程病害,在工程建设中必须充分重视,并采取积极的防治措施,才能确保工程的长期稳定．

考虑大气温度、水文地质条件、混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,给出了冻土区桥梁群桩基础地温场控制微分方程、边界和初始条件,及其空间分析有限元计算模式。结合青藏铁路冻土区某桥梁工程实例对群桩回冻过程温度场进行了计算,将计算值与实测数据进行了对比,提出了回冻率的概念,并对回冻过程及前景进行了分析。

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析有限元模型,然后根据青藏高原清水河某地段实际气温和地温的初始条件计算了寒季施工条件下,混凝土入模温度分别为5℃及12℃时桩周地温场的变化,分析了混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供理论参考依据.

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析模型,然后以青藏高原清水河某地段夏季施工为条件,考虑实际气温和地温的初始条件,用有限元方法计算了混凝土入模温度从5℃提高到12℃时桩周地温场的变化,分析提高混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供参考。

青藏铁路通过约 550km的多年冻土区 ,统计和分析青藏高原多年冻土分布区主要气象台站的资料可以看出 ,近 30a来高原多年冻土区的气候变化总的趋势是向着气温升高的方向发展的 ,气温的变化对多年冻土热状态的扰动主要表现在地温场的变化上 .30多年来高原气温升高 0 .45℃左右 ,并引起冻土地温平均升高了 0 .2～ 0 .3℃ .分析青藏铁路通过的多年冻土地区典型地段测温孔资料 ,发现多年来气候转暖已经使冻土上部 (2 0m以上 )地温明显升高 ,影响深度已经波及到了 40m .